受液滴表面張力的啟發，研究人員創造了一種可即時改變形狀的可調輪子，它能輕鬆應對凹凸不平的表面和高處的障礙物。這為開發能更好地穿越崎嶇地形的輪椅或移動機器人打開了大門。

車輪是汽車、卡車和自行車的重要組成部分，它無處不在，我們常常認為這是理所當然的。但說到輪椅，由於車輪在不平路面或含有障礙物的路面上行駛性能較差，因此坐輪椅的人大多只能在”公路”上行走。移動機器人也是如此。

現在，一群韓國研究人員真的重新發明了輪子，他們開發了一種可調節的輪子，這種輪子可以即時改變形狀，以克服地面上的障礙，使人們可以不走尋常路。

好吧，”重新發明輪子”可能是誇張的說法。幾年前，輪胎巨頭韓泰輪胎與首爾國立大學和哈佛大學合作，從摺紙中汲取靈感，發明了可變形車輪。在此之前的許多年裡，研究生阿基姆-恩圭尼亞（Ackeem Ngwenya）開發出了”無路”車輪系統，只需轉動螺絲，車輪胎面就能由窄變寬。此外，美國國家航空暨太空總署（NASA）還為其漫遊車製造了由鎳鈦合金製成的輪胎，這種輪胎可以變形到車軸，然後恢復到原來的形狀。

地面不平或障礙物較多的問題可以透過履帶式運動系統來解決，這是一種專門設計的機械裝置，可以增加輪子的表面積。但是，履帶系統的速度相對較低，而且由於系統與地面的接觸面積增大，摩擦力增大，因此比輪式系統消耗更多的能量。

使用無氣輪胎（或稱為非充氣輪胎）穿越惡劣地形具有一定優勢，因為它們不易被刺穿、漏氣和爆胎。但輪胎的硬度意味著它們不擅長克服障礙，尤其是高處的障礙，因為它們的變形能力較差，或者說不太能適應所經過的地面。

B.說明了鋼絲輻條和智慧鏈結構；D.顯示了輪轂間隙變化時車輪的形狀會發生什麼變化

因此，受液滴表面張力的啟發，科學家創造了一種剛度可變的車輪，它既能克服崎嶇的地形和障礙，又能保持普通車輪在平地上行駛的優勢。液體的表面張力源自於分子間吸引力或內聚力的不平衡。散裝液體中的分子在各個方向上都會受到其他分子的內聚力，而液體表面的分子只會受到向內的淨內聚力。在液滴中，當表面分子的內聚力增加時，液體分子向內的淨拉力也會增加，導致液滴恢復成圓形。

在平地上試駕雙輪輪椅

可變形車輪的一個關鍵方面是它的”智慧鏈結構”，它由車輪外側的一圈鏈塊組成，透過鋼絲輻條連接到中央輪轂的兩側。透過改變輪轂兩側的間隙，研究人員可以改變輻條的長度，從而改變外部鏈塊的形狀。增加輪轂間隙可縮短輻條，迫使鏈塊向內移動，形成一個可快速移動的圓形車輪。縮小輻條間隙可延長鋼絲輻條，鬆開鏈塊，使其變形並越過遇到的障礙物。

在草地上試駕雙輪輪椅

研究人員在一輛兩輪輪椅和一輛四輪汽車上測試了他們的自適應車輪，發現每種車輪都能適應並駛過比車輪半徑高1.2 倍的大台階和不規則形狀的岩石。

上面的影片展示了重120 公斤（265 磅）的雙輪輪椅系統如何輕鬆地行走在凹凸不平的草地上–不過，輪椅的極度前傾確實讓人擔心最終乘坐者的安全。研究人員還沒有提供四輪車的運行視頻，但下面有相關圖片。

研究人員測試了一輛裝有四個受表面張力啟發的自適應車輪的汽車

研究人員注意到，灰塵和微粒進入智慧鏈塊之間的區域，對車輪造成了損壞，因此他們正努力在未來的迭代中增加車輪罩結構。他們認為這種可調整的輪子具有巨大的潛力。

這項研究展示了輪椅實際車輪尺度上的即時剛度變化，表明基於車輪的機器人和運輸系統具有更廣泛的共同應用，可在崎嶇地形上高效行駛。

這項研究發表在《科學機器人學》雜誌。